自平衡法承载力试验在桩基检测中的应用

黄春晖

（贵州大学土木建筑工程学院，贵州 贵阳 550025）

1 自平衡法试验原理

自平衡法是大吨位、超大吨位基桩承载力检测中常用的静载试验方法，其检测设备的核心构件是一个与地面油泵通过油管相连的可用于加载的专用荷载箱。荷载箱在实验过程中发挥着类似于千斤顶的作用，将油泵传递过来的压力作用于桩身。试验开始后，通过地面上的油泵对荷载箱进行加压，荷载箱受压后同时向上、向下产生位移使得桩侧摩阻力和桩端阻力发挥作用，根据提前设计好的荷载箱率定曲线将测量结果换算成荷载，即可求得试验桩的极限承载力。

2 自平衡试验方法

试验按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-1994）和《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）等相关规范条文进行。试验示意如图1所示。

2.1 试验条件

根据规范规定在试验桩强度达到设计要求的基础上，对砂类土，一般不应小于10 d；对粉土和黏性土，一般不应少于15 d；对淤泥或淤泥质土，要求不应少于25 d。

2.2 试验加载方式

常采用慢速维荷法，即逐级加载，等上一级荷载达到相对稳定的状态后再加下一级荷载，直至试桩破坏或达到规范规定的可终止试验条件，最后按2倍的加载荷载值分级卸载至0。有时为了缩短试验时间，对工程桩做验证性试验时，也可以采用快速维荷法，即每小时进行1次加载，以便快速得出结论。

图1 基桩承载力自平衡试验示意图

3 工程实例

3.1 试桩场区工程地质概况

3.1.1 地形地貌

试桩桥址位于侵蚀构造中低山区，横跨山间沟谷。大里程端山坡较缓，现多为耕地，第四系松散地层分布广泛，局部厚度较大；小里程端山坡略陡，第四系松散地层局部分布且厚度较小，所跨沟谷较狭窄，桥址地面标高介于440.14～532.48 m之间，相对高差约92.34 m，地形起伏较大。桥址区地貌单元属侵蚀构造中低山区斜坡及山间沟谷。

3.1.2 地层岩性

桥址区在勘探深度范围内出露的地层主要为：第四系全新统（Q4el+dl）残坡积层及下伏古生界志留系韩家店群（S2+3sh）泥岩。

3.2 试桩基本参数

试桩数量为1根，位于某大桥3#桥墩。3#试桩基本情况：桩型为人工挖孔灌注桩，桩径2 200 mm，桩长22.3 m，荷载箱位置距桩底5.0 m，加载方法采用慢速维持荷载法。

3.3 试验情况简述

3.3.1 加卸载分级

试验按照《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009），每级的实际加载量按预估加载量的1/10进行加载。第1次可按2倍的分级荷载量加载。每级卸载为2倍加载值，见表1。

3.3.2 观测程序

3.3.2.1 加载过程量测

每级荷载加载后，在第1个小时内应在5 min、15 min、30 min、45 min、60 min时分别读数1次，以后每隔30 min读数1次。

3.3.2.2 卸载过程量测

每级荷载卸载后，应对桩顶的回弹量进行观测，观测方法与加载时相同。所加荷载卸载至0后，至少再进行2 h观测，且每30 min读数1次。

3.3.2.3 荷载稳定标准

每级加载后的下沉量，在最后30 min内如不大于0.1 mm，即认为该级荷载已达稳定标准。

3.3.2.4 荷载维持标准

加、卸载时应使荷载均匀、连续、无冲击地传递，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。

3.3.2.5 终止加载条件

当出现下列条件之一时，即可终止加载：①位移量大于或等于40 mm，本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载位移量的5倍。②总位移量大于或等于40 mm，本级荷载加上后24 h未达稳定。③总位移量虽小于40 mm，但荷载已达到压力箱极限或位移达到荷载箱行程。

3.3.3 试验情况简述

3.3.3.1 现场试验情况

2012年3月26日在某大桥3#桩的施工过程中埋设荷载箱。根据规范的要求，当试桩混凝土强度达到设计强度的70%后，于2012年5月11～12日对试桩进行静载试验，整个试验过程正常，天气为雨天，所检桩周围10 m范围内无较大震动，现场情况符合测试条件。

3.3.3.2 试桩试验数据分析

随着荷载的施加，其荷载箱上下位移随之增加，当荷载加至预定的最大荷载12000×2kN（第10级）时，上、下位移分别为6.18 mm和33.24 mm，观察其Q-S曲线（见图 2），呈缓变型，并无明显拐点，由于此时已经达到试桩设计荷载的2倍（Ra=12 000 kN），故终止加载。观察试桩上位移和下位移Q-S曲线，该曲线均为缓变型，在Q=12 000 kN时，上位移仅为6.18 mm，下位移为33.24 mm，因此，取终止荷载（Q=12 000 kN）作为试桩上段桩和下段桩的极限承载力。

图2 3#试桩Q-S曲线

3.4 试验结果

根据《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009），桩的极限抗压承载力综合确定，如表2所示。

表2 自平衡试验分析结果

3.5 工程实例小结

某大桥3#墩试桩单桩承载力容许值不小于12 500 kN，满足设计要求。在设计施工过程中，使用本试验成果时，应考虑基桩的桩长、桩径、施工工艺、持力层厚度和组成、相应的地层、地质构造与试桩处是否相同。

4 结束语

通过对自平衡法的测试原理、试验方法及测试数据的分析，结合工程实例，我们可以看出：①自平衡法具有位移测量的准确性、试验桩用作工程桩的保障、荷载箱自重轻，便于施工单位安装等特点。②自平衡法较传统的静载试验方法具有经济性、快速性、安全性、场地适应性强及吨位限制小等诸多优点。③自平衡法作为一种新型检测方法，能够满足大吨位，甚至超大吨位桩基静载试验检测的要求，且基本不受场地条件的限制，是未来静载试验发展与进步的新方向。

[1]交通运输部.JT/T738-2009，基桩静载试验自平衡法[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2]江苏省建设委员会.DB32/T291-1999，桩承载力自平衡测试技术规程[S].1999.

[3]中华人民共和国建设部.JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4]廖红建.岩土工程测试[M].北京：机械工业出版社，2007，7.

[5]邓立志,雷金山.超长桩承载力自平衡试验及其应用[J].铁道科学与工程学报，2008，5（5）：50-56.